[发明专利]具有沿每个球形方向能够旋转的防护保持架的自主飞行器

说明书

一种无人飞行器具有包括控制系统的推力主体(1)，以及响应于来自控制系统的控制信号而产生升力并引导UAV的推进器(4、5)。球形防护保持架(2)包围推力主体(1)。辐条(209、210)从推力主体径向延伸，以支撑球形推力轴承(221)，该球形推力轴承能够在防护保持架的内部球形表面上自由滑动，从而使防护保持架(2)脱离推力主体(1)并且能够在不使用任何万向节机构的情况下沿着任何球形方向自由旋转。

技术领域

本发明涉及一种能够沿着地面移动并且能够飞行的自主飞行器。自主飞行器最通常的是无人驾驶飞行器，但是可以有机载飞行员或乘客。

自主飞行器具有带有推进器的推力主体。推进器通常将由一个或多个转子(例如，螺旋桨或管道式风扇)提供，所述一个或多个转子由一个或多个马达提供动力。通常，每个转子由马达独立供电并且受智能微处理器控制器控制。通常，转子推进器的轴设置在自主飞行器的理论垂直轴上或与自主飞行器的理论垂直轴平行。当推进器或每个推进器所产生的推力与世界垂直方向(world vertical)对齐时，自主飞行器将垂直升起。为了产生横向推力，改变一个或多个转子的推力，以使推力主体的垂直轴倾斜、滚动或偏航。推进器可以由可替代的移动机翼推进器(例如，扑翼机)或非机翼推进器(例如，喷气式飞机或火箭)提供。

为了使得自主飞行器能够沿着标称水平表面(例如，地面)、覆盖表面(例如，天花板)移动或抵靠垂直表面(例如，墙壁)移动，自主飞行器具有围绕推力主体的大致球形的防护保持架(fender cage)，该防护保持架被推力主体支撑以沿着多个球形方向，也就是与球体表面相切的方向旋转。

背景技术

尽管存在防护保持架式自主飞行器(autonomous aerial vehicle，AAV)的几个其他示例，但最接近的已知现有技术的防护保持架式AAV的示例为EP2813428和EP3024726。EP2813428提供了通过两个径向辐条连接至大体上球形保持架的推力主体，每个辐条从推力主体沿直径方向延伸。每个辐条通过第一可轴向旋转的辐条轴承连接至内万向节环，以使得内万向节环能够绕第一辐条轴旋转。外万向节环通过旋转外万向节环轴承在与辐条轴承周向(90度)间隔的位置处与内万向节环连接。这使得外万向节环绕内万向节环在与辐条轴成90度的旋转轴上旋转。大体上球形的防护保持架通过旋转保持架轴承连接至外万向节环，旋转保持架轴承与外万向节环轴承等间距设置，使得防护保持架围绕推力主体在由相互垂直的万向节环固定的三个轴中的任何一个或每一轴上旋转。因此，如果防护保持架撞击到诸如地面之类的另一对象上，则所引起的防护保持架的任何旋转通常都不会传递给推力主体。防护保持架因此使得自主飞行器能够沿表面以受控方式移动，并且该表面被保护以免受转子的冲击，反之亦然。在EP2813428中所示出的第一实施例中，防护保持架由刚性地连接在一起的三个相互垂直的万向节环制成。第二实施例示出了由具有相似长度的刚性梁形成的防护保持架，刚性梁连接成围绕五边形的六边形，以形成富勒球。

EP2813428的自主飞行器的问题是防护保持架体积大，在防护保持架包围了能够承载较大有效载荷的较大推力主体的情况下尤其如此。这使得运输自主飞行器成为一种挑战，并且可能使自主飞行器的防护保持架在运输过程中更容易损坏。防护保持架使接近推力主体变得困难，特别是在使用富勒球结构的情况下，使得有效载荷或电池组的更换或充电变得困难。

EP2813428和EP3024726的自主飞行器的另一缺点是万向节环和相关轴承增加了自主飞行器的重量，对有效载荷和耐久性产生不利影响。EP2813428和EP3024726的自主飞行器的另一缺点是万向节环和轴承增加了部件的数量，因此增加了自主飞行器的组装步骤的数量和后续成本。

万向节环、轴承和辐条的接合处相对容易受到损坏和污染。

所有万向装置共有的另一技术问题被称为万向节死锁(gimbal lock)。如果两个或多个旋转轴对齐，则会发生万向节死锁，实际上将可用的旋转轴从两个减少到一个。如果防护保持架受到与可用旋转轴不相切的力，则防护保持架无法隔离升力体(lifting body)并且该力将被传递给升力体。

发明内容